Mineralien

Wie entstehen Diamanten?



Im Gegensatz zu dem, was viele Menschen glauben, entstehen Diamanten nicht aus Kohle.


Diamantbildung: Diamanten, die an oder in der Nähe der Erdoberfläche gefunden wurden, haben sich durch vier verschiedene Prozesse gebildet. Der obige Plattentektonik-Cartoon zeigt diese vier Methoden der Diamantbildung. Weitere Informationen zu den einzelnen finden Sie in den folgenden Abschnitten und kleinen Cartoons.

Inhaltsverzeichnis


Methoden der Diamantbildung
1) Diamantbildung im Erdmantel
2) Diamantbildung in Subduktionszonen
3) Diamantbildung an Aufprallstellen
4) Bildung im Raum
Der überzeugendste Beweis
Diamantformation auf der Erdoberfläche

Methoden der Diamantbildung

Viele Menschen glauben, dass Diamanten aus der Metamorphose der Kohle entstehen. Diese Idee ist nach wie vor die Geschichte, wie Diamanten in vielen naturwissenschaftlichen Klassenzimmern entstehen.

Kohle hat selten - wenn überhaupt - eine Rolle bei der Bildung von Diamanten gespielt. Tatsächlich sind die meisten Diamanten, die datiert wurden, viel älter als die ersten Landpflanzen der Erde - das Ausgangsmaterial für Kohle! Das allein sollte genug Beweise sein, um die Idee zu unterbinden, dass die Diamantvorkommen der Erde aus Kohle entstanden sind.

Ein weiteres Problem bei der Idee ist, dass Kohleflöze Sedimentgesteine ​​sind, die normalerweise als horizontale oder nahezu horizontale Gesteinseinheiten auftreten. Die Ausgangsgesteine ​​von Diamanten sind jedoch vertikale Rohre, die mit magmatischen Gesteinen gefüllt sind.

Es wird angenommen, dass vier Prozesse für praktisch alle natürlichen Diamanten verantwortlich sind, die an oder in der Nähe der Erdoberfläche gefunden wurden. Eines dieser Verfahren macht fast 100% aller Diamanten aus, die jemals abgebaut wurden. Die restlichen drei sind unbedeutende Quellen für kommerzielle Diamanten.

Bei diesen Prozessen handelt es sich - wenn überhaupt - selten um Kohle.

Diamanten von Deep-Source-Eruptionen: Es wird angenommen, dass die meisten kommerziellen Diamantvorkommen entstanden sind, als ein Vulkanausbruch in der Tiefe Diamanten an die Oberfläche beförderte. Bei diesen Eruptionen breitet sich Magma schnell aus dem Inneren des Mantels aus und passiert auf seinem Weg zur Oberfläche häufig eine Diamantstabilitätszone. Gesteinsstücke aus der Diamantstabilitätszone können frei gerissen und schnell nach oben an die Oberfläche befördert werden. Diese Gesteinsstücke sind als "Xenolithen" bekannt und können Diamanten enthalten.

1) Diamantbildung im Erdmantel

Geologen glauben, dass die Diamanten in allen kommerziellen Diamantvorkommen der Erde im Erdmantel gebildet und durch tiefe Vulkanausbrüche an die Oberfläche gebracht wurden. Diese Eruptionen produzieren die Kimberlit- und Lamproit-Rohre, nach denen Diamantprospektoren suchen.

Die meisten dieser Rohre enthalten keinen Diamanten oder eine so geringe Menge an Diamant, dass sie nicht von kommerziellem Interesse sind. In diesen Rohren werden jedoch Tagebau- und Untertageminen entwickelt, wenn sie ausreichende Diamanten für einen rentablen Abbau enthalten. Diamanten sind auch von einigen dieser Rohre verwittert worden und abgefressen worden. Diese Diamanten sind jetzt in den Sedimentablagerungen von Bächen und Küsten enthalten.

Die Bildung von Naturdiamanten erfordert sehr hohe Temperaturen und Drücke. Diese Bedingungen treten in begrenzten Zonen des Erdmantels etwa 150 Kilometer oder mehr unter der Oberfläche auf, wo die Temperaturen mindestens 1050 Grad Celsius betragen. 1. Die kritische Temperatur-Druck-Umgebung für die Diamantbildung und -stabilität ist dies nicht global präsent. Stattdessen wird angenommen, dass es hauptsächlich im Mantel unter den stabilen Innenräumen der Kontinentalplatten 2 vorhanden ist.

In diesen "Diamantstabilitätszonen" gebildete und gespeicherte Diamanten werden während der tiefen Vulkanausbrüche an die Erdoberfläche abgegeben. Diese Eruptionen reißen Teile des Mantels heraus und tragen sie schnell zur Oberfläche 3. Siehe Position 1 im Diagramm oben auf der Seite. Diese Art von Vulkanausbruch ist äußerst selten und wurde von modernen Menschen noch nie beobachtet.

Ist Kohle beteiligt? Kohle ist ein Sedimentgestein, das aus auf der Erdoberfläche abgelagerten Pflanzenresten gebildet wird. Es wird selten in Tiefen von mehr als 3,2 Kilometern vergraben. Es ist sehr unwahrscheinlich, dass Kohle von der Kruste bis weit unter die Basis einer Kontinentalplatte transportiert wurde. Die Kohlenstoffquelle für diese Manteldiamanten ist höchstwahrscheinlich Kohlenstoff, der zum Zeitpunkt der Entstehung des Planeten im Erdinneren gefangen oder durch Subduktion in große Tiefen transportiert wurde.

Diamanten aus Ozeansedimenten? Subduktionszonen treten an konvergenten Plattengrenzen auf, an denen eine Platte in den Mantel gedrückt wird. Wenn diese Platte abfällt, ist sie zunehmender Temperatur und zunehmendem Druck ausgesetzt. Diamanten wurden in Gesteinen gefunden, von denen angenommen wird, dass sie subtrahiert und dann an die Oberfläche zurückgebracht wurden. Diese Gesteinsarten sind sehr selten und es wurden keine bekannten kommerziellen Diamantablagerungen in ihnen entwickelt. Die in diesen Arten von Lagerstätten gefundenen Diamanten waren sehr klein und für die kommerzielle Verwendung nicht geeignet.

2) Diamantbildung in Subduktionszonen

In Gesteinen wurden winzige Diamanten gefunden, von denen angenommen wird, dass sie durch plattentektonische Prozesse tief in den Erdmantel abgesenkt wurden - und dann auf die Oberfläche 4 zurückgebracht wurden. (Siehe Position 2 im Diagramm oben auf der Seite.) In einer anderen Studie wurde festgestellt, dass Diamanten aus Brasilien winzige Mineraleinschlüsse enthalten, die mit der Mineralogie von in Einklang stehen ozeanische Kruste 8. Andere weisen Einschlüsse auf, die darauf hindeuten, dass subtrahiertes Meerwasser an ihrer Entstehung beteiligt war 9.

Eine neuere Studie untersuchte den Ursprung von blauen, borhaltigen Diamanten, die sich in Tiefen von bis zu 650 Kilometern gebildet haben. Diese supertiefen Diamanten enthielten auch Einschlüsse, die darauf hinweisen, dass sie von subduzierter ozeanischer Kruste abstammen. 10

Ist Kohle beteiligt? Kohle ist keine wahrscheinliche Kohlenstoffquelle für diesen Diamantbildungsprozess. Die wahrscheinlichsten Kohlenstoffquellen bei der Subduktion einer ozeanischen Platte sind Karbonatgesteine ​​wie Kalkstein, Marmor und Dolomit sowie möglicherweise Partikel von Pflanzenresten in Offshore-Sedimenten.

Asteroid Impact Diamonds: Diamanten wurden in und um die Krater vieler Asteroideneinschlagstellen gefunden. Ein hervorragendes Beispiel ist der Popigai-Krater in Nordsibirien, Russland. Die Erde wurde im Laufe ihrer Geschichte wiederholt von Asteroiden getroffen. Diese Asteroiden schlagen mit einer solchen Kraft ein, dass Drücke und Temperaturen erzeugt werden, die hoch genug sind, um Diamanten zu bilden. Wenn das Zielgestein Kohlenstoff enthält, können die zur Bildung von Diamanten erforderlichen Bedingungen im Aufprallbereich auftreten. Diese Arten von Diamanten sind selten und spielen im kommerziellen Diamantenabbau keine wichtige Rolle.

3) Diamantbildung an Aufprallstellen

Im Laufe ihrer Geschichte wurde die Erde wiederholt von großen Asteroiden getroffen. Wenn diese Asteroiden auf die Erde treffen, entstehen extreme Temperaturen und Drücke. Beispiel: Wenn ein zehn Kilometer breiter Asteroid auf die Erde trifft, kann er sich mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 20 Kilometer pro Sekunde fortbewegen. Bei einem Aufprall würde dieses Hypervelocity-Objekt einen Energieschub erzeugen, der vielen Atomwaffen und Temperaturen entspricht, die heißer sind als die Sonnenoberfläche 5.

Die hohen Temperatur- und Druckbedingungen eines solchen Aufpralls sind mehr als ausreichend, um Diamanten zu bilden. Diese Theorie der Diamantbildung wurde durch die Entdeckung winziger Diamanten an mehreren Asteroideneinschlagstellen gestützt. Siehe Position 3 im Diagramm oben auf der Seite.

Im Meteor Crater in Arizona wurden winzige Diamanten im Submillimeterbereich gefunden. Im Popigai-Krater in Nordsibirien wurden polykristalline Industriediamanten mit einer Größe von bis zu 13 Millimetern gefunden. 7

Ist Kohle beteiligt? Kohle könnte im Zielgebiet dieser Auswirkungen vorhanden sein und als Kohlenstoffquelle für Diamanten dienen. Kalksteine, Marmor, Dolomite und andere kohlenstoffhaltige Gesteine ​​sind wahrscheinlich Kohlenstoffquellen als Kohle.

Außerirdische Diamanten: Diamanten wurden in einigen Meteoriten entdeckt. Es wird angenommen, dass sich diese Diamanten als Reaktion auf Asteroideneinschläge oder andere schwere Ereignisse im Weltraum gebildet haben.

4) Bildung im Raum

NASA-Forscher haben in einigen Meteoriten eine große Anzahl von Nanodiamanten nachgewiesen. (Nanodiamanten sind Diamanten mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern - Milliardstel Metern.) Ungefähr drei Prozent des Kohlenstoffs in diesen Meteoriten sind in Form von Nanodiamanten enthalten. Diese Diamanten sind zu klein für die Verwendung als Edelstein oder industrielles Schleifmittel. Sie sind jedoch eine Quelle für Diamantmaterial 6. Siehe Position 4 im Diagramm oben auf der Seite.

Smithsonian-Forscher fanden auch eine große Anzahl winziger Diamanten, als sie eine Probe aus dem Meteoriten 7 von Allen Hills schnitten. Es wird angenommen, dass sich diese Diamanten in Meteoriten durch Kollisionen mit hoher Geschwindigkeit im Weltraum gebildet haben, ähnlich wie sich Diamanten auf der Erde an Aufprallorten bilden.

Ist Kohle beteiligt? Kohle ist an der Entstehung dieser Diamanten nicht beteiligt. Die Kohlenstoffquelle stammt von einem anderen Körper als der Erde.

"Ich wurde oft gefragt:" Was ist Ihre Theorie der ursprünglichen Kristallisation des Diamanten? "
"Man kann nur sagen, dass Kohlenstoff, der tief in den inneren Regionen der Erde existierte, auf unbekannte Weise von seinem schwarzen und nicht einladenden Aussehen in das schönste Juwel verwandelt wurde, das jemals das Licht der Welt erblickte."
Gardner F. Williams, General Manager von De Beers Consolidated Mines, Ltd., 1887 bis 1905. 11

Der überzeugendste Beweis

Der überzeugendste Beweis dafür, dass Kohle bei der Bildung der meisten Diamanten keine Rolle spielte, ist ein Vergleich zwischen dem Alter der Diamanten auf der Erde und dem Alter der frühesten Landpflanzen.

Die meisten der gefundenen Diamantenvorkommen wurden im präkambrischen Zeitalter gebildet - der Zeitspanne zwischen der Entstehung der Erde (vor etwa 4.600 Millionen Jahren) und dem Beginn der kambrischen Periode (vor etwa 542 Millionen Jahren). Im Gegensatz dazu tauchten die frühesten Landpflanzen erst vor etwa 450 Millionen Jahren auf der Erde auf - fast 100 Millionen Jahre nach der Entstehung der überwiegenden Mehrheit der abgebauten Diamanten.

Da Kohle aus terrestrischen Pflanzenresten gebildet wird und die ältesten Landpflanzen jünger sind als fast jeder Diamant, der jemals datiert wurde, ist es leicht zu schließen, dass Kohle bei der Bildung der natürlichen Diamanten der Erde keine bedeutende Rolle gespielt hat.

Verweise
1 Erlich, E. I .; Dan Hausel, W. (2002). Diamant-Einlagen. Gesellschaft für Bergbau, Metallurgie und Exploration. S. 74-94. ISBN 0873352130.
2 Amerikanisches Naturkundemuseum (1998). Die Natur von Diamanten - Diamanten sind auf kontinentalen Kernen zu finden. Amerikanisches Museum für Naturgeschichte.
3 Amerikanisches Naturkundemuseum (1998). Die Natur der Diamanten - Kimberlit und Lamproit. Amerikanisches Museum für Naturgeschichte.
4 Amerikanisches Naturkundemuseum (1998). Die Natur von Diamanten - Von Kontinentalkollisionen, Meteoreinschlägen und Sternenstaub. Amerikanisches Museum für Naturgeschichte.
5 Oakes, Maureen (2003). Modellierung eines Asteroideneinschlags - Hat er die Dinosaurier getötet? Nationales Labor von Los Alamos. URL
6 Vu, Linda (2008). Spitzer's Eyes Perfekt, um Diamanten am Himmel zu entdecken. NASA / JPL Caltech. URL
7 Tyson, Peter (2000). Diamanten im Himmel. NOVA Online. URL
8 Walter, M. J. und andere (2011). Diamanten zeigen die Tiefe des Kohlenstoffkreislaufs der Erde. Carnegie Institution für Wissenschaft. URL
9 Krajick, Kevin (2015). Diamanten knacken für Botschaften aus der Tiefe der Erde. Zustand des Planeten, Earth Institute | Universität von Columbia. URL
10 Gemological Institute of America (2018). Forscher entdecken den einzigartigen Ursprung der blauen Diamanten, Gemological Institute of America. URL
11 Die Diamantenminen von Südafrika: von Gardner F. Williams; Die Macmillan Company; 1902, Band 2, Seite 152. URL

Diamantformation auf der Erdoberfläche

In den 1950er Jahren wurden neue Methoden zur Diamantbildung auf der Erdoberfläche entdeckt. Wissenschaftler waren in der Lage, die Temperatur- und Druckbedingungen zu schaffen, die für die Herstellung von Diamanten in einem Labor erforderlich sind. Die meisten frühen Diamanten hatten keine Edelsteinqualität, aber sie waren perfekt für die Verwendung als Schleifgranulat in Bohrern, Schneidwerkzeugen und Schleifscheiben. Bald wurden größere, im Labor hergestellte Diamanten für die Verwendung als verschleißfeste Lager, Kühlkörper für Computerprozessoren und Hochtemperaturfenster hergestellt.

Heutzutage sind fast alle Diamanten, die in industriellen Prozessen verwendet werden, im Labor hergestellte Diamanten. Sie werden auch in so hohen Qualitäten hergestellt, dass sie farblose und nur sehr geringfügig enthaltene Noten von Diamant-Gradierlabors erbringen. Sie werden in einem Farbspektrum hergestellt, indem Stickstoff (gelb) oder Bor (blau) zur diamantbildenden Umgebung hinzugefügt werden. Bei Nachbehandlungsverfahren sind Grün, Rosa, Orange und andere Farben möglich. Im Labor hergestellte Diamanten werden in den USA und in mehreren anderen Ländern hergestellt. China ist das führende Land, das im Labor hergestellte Diamanten produziert.

Alle im Labor gezüchteten Diamanten werden mit Geräten hergestellt, die eine enorme Menge an Strom verbrauchen, um die für das Züchten von Diamanten erforderlichen Temperatur- und Druckbedingungen zu schaffen. Ein Teil dieses Stroms wird wahrscheinlich aus der Verbrennung von Kohle erzeugt. Dies könnten die besten Beispiele für Diamanten sein, die aus Kohle hergestellt werden.

Schau das Video: Die größte Diamantenmine der Welt. Galileo. ProSieben (Juli 2020).